一种v型柴油机增压系统及其控制策略

文档序号:402932 发布日期:2021-12-17 浏览:35次 >En<

阅读说明:本技术 一种v型柴油机增压系统及其控制策略 (V-shaped diesel engine supercharging system and control strategy thereof ) 是由 王志磊 董飞莹 史四强 张弛 宋杨 于 2021-08-31 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种V型柴油机增压系统及其控制策略,包括V型机体,V型机体的上端设置有支架,所述支架的上端对称设置有两个相同的增压机构,所述增压机构包括低压增压器Ⅰ、空冷器Ⅰ、高压增压器、空冷器Ⅱ、低压增压器Ⅱ、空冷器Ⅲ和集气管,所述低压增压器Ⅰ和低压增压器Ⅱ分别通过进气管Ⅰ与空冷器Ⅰ和空冷器Ⅱ连接,空冷器Ⅰ和空冷器Ⅱ分别与高压增压器连接,所述低压增压器Ⅱ与空冷器Ⅲ连接,空冷器Ⅲ与进气歧管连接,所述集气管设置在两个增压机构之间,本V型柴油机增压系统及其控制策略可以同时适用于高海拔和低海拔环境下的增压器作业,有利于提高柴油机运行可靠性和稳定性。(The invention discloses a V-shaped diesel engine supercharging system and a control strategy thereof, comprising a V-shaped engine body, wherein the upper end of the V-shaped engine body is provided with a bracket, two same supercharging mechanisms are symmetrically arranged at the upper end of the bracket, each supercharging mechanism comprises a low-pressure supercharger I, an air cooler I, a high-pressure supercharger, an air cooler II, a low-pressure supercharger II, an air cooler III and a gas collecting pipe, the low-pressure supercharger I and the low-pressure supercharger II are respectively connected with an air cooler I and an air cooler II through an air inlet pipe I, the air cooler I and the air cooler II are respectively connected with a high-pressure supercharger, the low-pressure supercharger II is connected with the air cooler III, the air cooler III is connected with the air inlet manifold, the gas collecting pipe is arranged between the two supercharging mechanisms, and the V-shaped diesel engine supercharging system and the control strategy thereof can be simultaneously suitable for supercharger operation under high-altitude and low-altitude environments, and are favorable for improving the operation reliability and stability of a diesel engine.)

一种V型柴油机增压系统及其控制策略

技术领域

本发明涉及柴油机技术领域,具体为一种V型柴油机增压系统及其控制策略。

背景技术

内燃机采用涡轮增压技术提高柴油机的功率密度并减少污染物排放,但是由于增压器为叶轮旋转,而柴油机为往复直线运动,在全工况的情况下,两者要达到全匹配较为困难,特别对于空气稀薄和大气压力较低的高海拔环境和含氧量高且气压较高的低海拔环境,两者之间很难共用相同的内燃机,且单个或多个增压器单独布置很难满足时间需要,导致燃烧效率低,进气密度特性低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷,提供一种V型柴油机增压系统及其控制策略,可以同时适用于高海拔和低海拔环境下的增压器作业,有利于提高柴油机运行可靠性和稳定性,可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种V型柴油机增压系统,包括V型机体,V型机体的上端设置有支架,所述支架的上端对称设置有两个相同的增压机构,所述增压机构包括低压增压器Ⅰ、空冷器Ⅰ、高压增压器、空冷器Ⅱ、低压增压器Ⅱ、空冷器Ⅲ和集气管,所述低压增压器Ⅰ和低压增压器Ⅱ分别通过进气管Ⅰ与空冷器Ⅰ和空冷器Ⅱ连接,空冷器Ⅰ和空冷器Ⅱ分别与高压增压器连接,所述低压增压器Ⅱ与空冷器Ⅲ连接,空冷器Ⅲ与进气歧管连接,所述集气管设置在两个增压机构之间,集气管的一端连接有排气管,集气管通过第一排气支管与高压增压器连接,所述高压增压器分别与低压增压器Ⅰ和低压增压器Ⅱ之间根据工作海拔的不同设置相对应的排气管路和电磁蝶阀,用于提高进气密度。

作为本发明的一种优选技术方案,在高海拔环境下,所述高压增压器的排气端分别连接有第二排气支管和第四排气支管,所述第二排气支管与低压增压器Ⅰ连接,第二排气支管与低压增压器Ⅱ之间通过第三排气支管连接,所述第四排气支管上设置有电磁蝶阀Ⅱ,电磁蝶阀Ⅱ位于第二排气支管与高压增压器的连接点后,第二排气支管上设置有电磁蝶阀Ⅲ,电磁蝶阀Ⅲ位于第三排气支管与第二排气支管的连接点后,第三排气支管上设置有电磁蝶阀Ⅰ。

一种V型柴油机增压系统的控制策略,在高海拔环境下,由ECU根据柴油机转速和功率,根据发动机在不同工况下选择不同的增压模式,其控制策略如下:

a、发动机处于低负荷工况时,增压器模式的选择:

柴油机在低负荷状态下,燃烧所产生尾气量较小,打开电磁蝶阀Ⅱ,关闭电磁蝶阀Ⅰ和电磁蝶阀Ⅲ,尾气经过第四排气支管排进大气。

b、发动机处于正常工况时,增压器模式的选择:

打开电磁蝶阀Ⅰ或电磁蝶阀Ⅲ,尾气最后经过低压增压器Ⅰ或低压增压器Ⅱ排入大气中。

c、发动机处于高负荷工况时,增压器模式的选择:

打开电磁蝶阀Ⅰ和电磁蝶阀Ⅲ,流过高压增压器的高温高压气体分别流入低压增压器Ⅰ和低压增压器Ⅱ,然后汇入高压增压器的压气机,最后进入进气歧管。

作为本发明的一种优选技术方案,在低海拔环境下,所述集气管通过第五排气支管与低压增压器Ⅰ连接,所述第五排气支管上通过第六排气支管与低压增压器Ⅱ连接,所述第六排气支管与高压增压器之间通过第七排气支管连接,低压增压器Ⅰ和低压增压器Ⅱ的出气端均与第八排气支管连接,所述第五排气支管上设置有电磁蝶阀Ⅳ,电磁蝶阀Ⅳ位于第五排气支管与第六排气支管的连接点前,所述第七排气支管上设置有电磁蝶阀Ⅴ,所述第六排气支管上设置有电磁蝶阀Ⅵ,电磁蝶阀Ⅵ位于第六排气支管与第七排气支管的连接点后。

一种V型柴油机增压系统及其控制策略,在低海拔环境下,由ECU根据柴油机转速和功率,根据发动机在不同工况下选择不同的增压模式,其控制策略如下:

A、发动机处于低负荷工况时,增压器模式的选择:

柴油机在低负荷状态下,关闭电磁蝶阀Ⅴ,打开电磁蝶阀Ⅳ或电磁蝶阀Ⅵ,尾气进入低压增压器Ⅰ或低压增压器Ⅱ,最后排进大气。

B、发动机处于正常工况时,增压器模式的选择:

随着柴油机功率从低负荷逐步提升,关闭电磁蝶阀Ⅴ,同时打开电磁蝶阀Ⅳ和电磁蝶阀Ⅵ,尾气经过低压增压器Ⅰ和低压增压器Ⅱ的涡轮后排入大气中,从而提高空气进气量。

C、发动机处于高负荷工况时,增压器模式的选择:

柴油机在高负荷模式下运行时,尾气排放流量进一步增大,打开关闭电磁蝶阀Ⅴ,关闭电磁蝶阀Ⅳ和电磁蝶阀Ⅵ,空气经过高压增压器的涡轮进入大气。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:本V型柴油机增压系统及其控制策略构思巧妙,设计合理,可以同时适用于高海拔和低海拔环境下的增压器作业,在高海拔环境或低海拔环境中将增压器控制策略分为低负荷运行、正常运行和高负荷运行三个阶段,有效的提高了进气柴油机的进气密度特性,使得压力排放均衡,所有增压器运行一直,有效的提高了柴油机运行可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明结构示意图;

图2为高海拔环境下排气管路示意图;

图3为低海拔环境下排气管路示意图。

图中:1低压增压器Ⅰ、2进气管Ⅰ、3空冷器Ⅰ、4高压增压器、5进气管Ⅱ、6空冷器Ⅱ、7低压增压器Ⅱ、8空冷器Ⅲ、9进气歧管、10V型机体、11排气管、12支架、13集气管、14第一排气支管、15第二排气支管、16第三排气支管、17电磁蝶阀Ⅰ、18电磁蝶阀Ⅱ、19电磁蝶阀Ⅲ、20第四排气支管、21第五排气支管、22第六排气支管、23第七排气支管、24第八排气支管、25电磁蝶阀Ⅳ、26电磁蝶阀Ⅴ、27电磁蝶阀Ⅵ。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例1:请参阅图1,本发明提供一种技术方案:一种V型柴油机增压系统,包括V型机体10,V型机体10的上端设置有支架12,支架12的上端对称设置有两个相同的增压机构,增压机构包括低压增压器Ⅰ1、空冷器Ⅰ3、高压增压器4、空冷器Ⅱ6、低压增压器Ⅱ7、空冷器Ⅲ8和集气管13,低压增压器Ⅰ1和低压增压器Ⅱ7分别通过进气管Ⅰ2与空冷器Ⅰ3和空冷器Ⅱ6连接,空冷器Ⅰ3和空冷器Ⅱ6分别与高压增压器4连接,低压增压器Ⅱ7与空冷器Ⅲ8连接,空冷器Ⅲ8与进气歧管9连接,集气管13设置在两个增压机构之间,集气管13的一端连接有排气管11,集气管13通过第一排气支管14与高压增压器4连接,高压增压器4分别与低压增压器Ⅰ1和低压增压器Ⅱ7之间根据工作海拔的不同设置相对应的排气管路和电磁蝶阀,用于提高进气密度。

如图2所示,在高海拔环境下,高压增压器4的排气端分别连接有第二排气支管15和第四排气支管20,第二排气支管15与低压增压器Ⅰ1连接,第二排气支管15与低压增压器Ⅱ7之间通过第三排气支管16连接,第四排气支管20上设置有电磁蝶阀Ⅱ18,电磁蝶阀Ⅱ18位于第二排气支管15与高压增压器4的连接点后,第二排气支管15上设置有电磁蝶阀Ⅲ19,电磁蝶阀Ⅲ19位于第三排气支管16与第二排气支管15的连接点后,第三排气支管15上设置有电磁蝶阀Ⅰ17,其控制策略如下:由ECU根据柴油机转速和功率,根据发动机在不同工况下选择不同的增压模式,其控制策略如下:

a、发动机处于低负荷工况时,增压器模式的选择:

柴油机在低负荷状态下,燃烧所产生尾气量较小,为了产生较高空气增压压力,由于高压增压器4的涡轮转动惯量小,在较小排气流量下容易产生达到较高转速,使压气端的增压压力提升,,打开电磁蝶阀Ⅱ18,关闭电磁蝶阀Ⅰ17和电磁蝶阀Ⅲ19,尾气经过第四排气支管20排进大气。

b、发动机处于正常工况时,增压器模式的选择:

随着柴油机功率从低负荷逐步提升,燃烧排放流量逐渐增加,高压增压器4不能满足需求,打开电磁蝶阀Ⅰ17或电磁蝶阀Ⅲ19,尾气最后经过低压增压器Ⅰ1或低压增压器Ⅱ7排入大气中。

c、发动机处于高负荷工况时,增压器模式的选择:

柴油机在高负荷模式下运行时,尾气排放流量较大,一个低压增压器和高压增压器4无法满足实际需求,打开电磁蝶阀Ⅰ17和电磁蝶阀Ⅲ19,流过高压增压器4的高温高压气体分别流入低压增压器Ⅰ1和低压增压器Ⅱ7,然后汇入高压增压器4的压气机,最后进入进气歧管9。

根据不同工况负荷特性,采用分级增压策略:本发明根据增压器运行特性和燃油排放性能及高原环境特点,将增压器控制策略分为三个阶段,在柴油机低负荷时,使增压器在高效区域运行,选用一个高压增压器4运行;随着负荷的提高,选用一个高压增压器4和一个低压增压器串联运行,进行两级增压;达到满负荷时,三个增压器同时运行,高压增压器4、低压增压器Ⅰ1和低压增压器Ⅱ7串联,低压增压器Ⅰ1和低压增压器Ⅱ7并联运行。

本发明保证所有增压器均衡运行特性:两个增压机构燃烧的高温高压气体经过排气管11进入集气管13,将两个增压机构进行连通,以达到压力均衡,以防止由于两个增压机构燃烧不均造成排气流量不均匀,从而造成所有增压器运行不一致,可以有效提供柴油机运行可靠性和稳定性。

本发明保证提高进气密度特性:由于低压增压器Ⅰ1和低压增压器Ⅱ7对空气做功,空气温度会提升,设计有空冷器Ⅰ3和空冷器Ⅱ6进行空气冷却,可以降低空气温度和增加空气密度,进而增加空气进气量,然后空气进入高压增压器4后,空冷器Ⅲ8再次冷却增压空气,最后空气进入进气歧管9。

实施例2:如图3所示,与实施例1的不同之处在于,在低海拔环境下,集气管13通过第五排气支管21与低压增压器Ⅰ1连接,第五排气支管21上通过第六排气支管22与低压增压器Ⅱ7连接,第六排气支管22与高压增压器4之间通过第七排气支管23连接,低压增压器Ⅰ1和低压增压器Ⅱ7的出气端均与第八排气支管24连接,第五排气支管21上设置有电磁蝶阀Ⅳ25,电磁蝶阀Ⅳ25位于第五排气支管21与第六排气支管22的连接点前,第七排气支管21上设置有电磁蝶阀Ⅴ26,第六排气支管22上设置有电磁蝶阀Ⅵ27,电磁蝶阀Ⅵ27位于第六排气支管22与第七排气支管23的连接点后,控制策略如下:由ECU根据柴油机转速和功率,根据发动机在不同工况下选择不同的增压模式,其控制策略如下:

A、发动机处于低负荷工况时,增压器模式的选择:

柴油机在低负荷状态下,相较于高海拔区域,在低海拔区域的空气密度大和含氧量较高,燃烧所产生高温高压的气体较多,由于低压增压器的涡轮转动惯量大于低压增压器的涡轮转动惯量,更容易和低压增压器MAP图匹配,关闭电磁蝶阀Ⅴ26,打开电磁蝶阀Ⅳ25或电磁蝶阀Ⅵ27,尾气进入低压增压器Ⅰ1或低压增压器Ⅱ7,最后排进大气。

B、发动机处于正常工况时,增压器模式的选择:

随着柴油机功率从低负荷逐步提升,燃烧排放流量逐渐增加,高压增压器4不能满足需求,同时打开电磁蝶阀Ⅳ25和电磁蝶阀Ⅵ27,尾气经过低压增压器Ⅰ1和低压增压器Ⅱ7的涡轮后排入大气中,从而提高空气进气量。

C、发动机处于高负荷工况时,增压器模式的选择:

柴油机在高负荷模式下运行时,尾气排放流量进一步增大,低压增压器Ⅰ1和低压增压器Ⅱ7无法满足实际需求,打开关闭电磁蝶阀Ⅴ26,关闭电磁蝶阀Ⅳ25和电磁蝶阀Ⅵ27,空气经过高压增压器4的涡轮进入大气。

本发明根据不同工况负荷特性,采用分级增压策略:本发明根据增压器运行特性和燃油排放性能及低海拔境特点,将增压器控制策略分为三个阶段,在柴油机低负荷时,使增压器在高效区域运行,选用一个低压增压器运行,随着负荷的提高,使得两个增压机构中的两个高压增压器4并联运行,进行相继增压,达到满负荷时,一个低压增压器和一个高压增压器4进行两级增压。

本发明保证所有增压器均衡运行特性:将两个增压机构中燃烧的高温高压气体经过排气管11进入集气管13,将两个增加机构的排气系统进行连通,以达到压力均衡,以防止由于两个增加机构燃烧不均造成排气流量不均匀,从而造成所有增压器运行不一致,可以有效提供柴油机运行可靠性和稳定性。

本发明保证提高进气密度特性:空气进入低压增压器Ⅰ1和低压增压器Ⅱ7后,由于低压增压器Ⅰ压气机3和低压增压器Ⅱ压气机12对空气做功,空气温度会提升,空冷器Ⅰ3和空冷器Ⅱ6进行空气冷却,可以降低空气温度和增加空气密度,进而增加空气进气量,然后空气进入高压增压器4后,空冷器Ⅲ8再次冷却增压空气,最后空气进入进气歧管9。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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